摘要：結(jié)合工程實(shí)例，針對(duì)隧道塌方情況，分析不同地質(zhì)條件下的幾種塌方形式，以及幾種塌方形式下隧道監(jiān)控量測(cè)情況的區(qū)別，并從監(jiān)控量測(cè)情況預(yù)警隧道塌方險(xiǎn)情，避免隧道施工過(guò)程中出現(xiàn)塌方事故，確保隧道施工安全。

關(guān)鍵詞：隧道塌方;監(jiān)控量測(cè);關(guān)聯(lián)

前言

對(duì)于一名從事隧道施工管理工作人員來(lái)說(shuō)，隧道塌方是除隧道施工過(guò)程中出現(xiàn)人身傷亡事故之外最郁悶的事情，一旦隧道施工過(guò)程中出現(xiàn)塌方，相關(guān)單位就會(huì)出來(lái)問(wèn)責(zé)。因此，監(jiān)控量測(cè)工作應(yīng)能夠正確識(shí)別隧道圍巖地質(zhì)體，從不同信息源，對(duì)隧道施工過(guò)程可能出現(xiàn)的塌方進(jìn)行預(yù)警。筆者在多年從事隧道施工，并有幸參與隧道監(jiān)控量測(cè)基礎(chǔ)上，總結(jié)出隧道塌方與隧道監(jiān)控量測(cè)之間關(guān)聯(lián)，希望對(duì)從事隧道施工及監(jiān)控量測(cè)人員有所幫助。

在近年一些高速公路隧道塌方實(shí)例的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查基礎(chǔ)上，筆者依據(jù)圍巖顆粒粒徑、顆粒間粘結(jié)力、監(jiān)控量測(cè)的周邊變位結(jié)果等因素，將隧道塌方破壞形式劃分為四類：細(xì)粒土（軟土）控制的大變形塌方、關(guān)鍵塊體控制塌方、工程散體控制的塌方及復(fù)合型塌方。

1.細(xì)粒土（軟土）控制的大變形塌方

軟土大變形塌方具有四大特征：① 塌方持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)：軟土引起的塌方從開(kāi)始掉塊到地表最終形成陷穴，有一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間過(guò)程，如衡炎高速云陽(yáng)山亞粘土隧道在更換拱架時(shí)發(fā)生塌方，塌方發(fā)生時(shí)間從12：00開(kāi)始持續(xù)到當(dāng)日下午16：20，歷時(shí)四個(gè)半小時(shí)完成地表形成陷穴;汝郴高速楊家山隧道拱部亞粘土在清頂時(shí)發(fā)生塌方，塌方發(fā)生時(shí)間從2009年3月7日下午15：40時(shí)持續(xù)到次日上午6：00時(shí)，歷時(shí)15個(gè)小時(shí)才完成塌方到地表;② 危害性小：由于塌方持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，有充足的時(shí)間組織人員、設(shè)備撤離，因此，這種形式塌方基本上不會(huì)造成人員和財(cái)產(chǎn)的損失;③ 塌方前宏觀表現(xiàn)明顯：這種形式塌方發(fā)生前，洞內(nèi)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)及地表均有明顯反應(yīng)，洞內(nèi)初期支護(hù)噴射混凝土開(kāi)裂，通常是龜裂，鋼拱架與噴層間環(huán)向裂縫明顯，有的會(huì)貫穿整榀拱架，圍巖明顯內(nèi)擠、內(nèi)鼓，鋼拱架則相對(duì)外移，初期支護(hù)侵界。地表通常有縱橫交錯(cuò)的裂縫。④ 存在塌方影響段：軟土大變形塌方時(shí)不僅在塌方位置局部周邊變位較大，而且還存在較長(zhǎng)的塌方影響段，周邊變位也較大，軟土大變形塌方可認(rèn)為是整體變形引起的。

軟土大變形引起的塌方，其在塌方前拱頂下沉和水平收斂值一定會(huì)較大，均會(huì)超過(guò)規(guī)范允許值，有時(shí)還可以監(jiān)測(cè)到周邊變位的動(dòng)態(tài)變化，如云陽(yáng)山隧道量測(cè)到的拱頂下沉最大值達(dá)1.2m，水平收斂最大值達(dá)56cm，在2008年12月31日，監(jiān)測(cè)到拱頂下沉動(dòng)態(tài)變化速率為5mm/3min;汝郴高速黃毛嶺隧道拱頂下沉最大值達(dá)80cm，水平收斂最大值達(dá)45cm。軟土大變形塌方是一種整體破壞形式，監(jiān)控量測(cè)的測(cè)點(diǎn)通常會(huì)布置在塌方及影響段范圍內(nèi)，在正常的監(jiān)測(cè)頻率下就可以監(jiān)測(cè)到周邊變位的異常結(jié)果，可隨時(shí)進(jìn)行預(yù)警，因此，從周邊變位角度出發(fā)，隧道監(jiān)控量測(cè)工作僅能對(duì)軟土大變形塌方形式起到很好的預(yù)警作用。

2.關(guān)鍵塊體控制塌方

此種形式塌方具有三大特征：① 災(zāi)難性：塌方造成的危害程度較大，往往會(huì)出現(xiàn)重大的人員和財(cái)產(chǎn)損失，如懷新高速龍馬田隧道9·13板巖塌方事件;② 滯后性：塌方往往距離掌子面一定距離，受一定條件影響下發(fā)生，如受爆破、打眼震動(dòng)及水的滲流作用影響，這種塌方形成往往需要一定孕育時(shí)間。當(dāng)然，也有掌子面爆破后立即出現(xiàn)塌方，這種不會(huì)造成災(zāi)難性后果;③ 隱蔽性：這種隱蔽性通常指初期支護(hù)施作完成后，受隧道內(nèi)光線等影響，塌方位置及關(guān)鍵塊體掉塊前初期支護(hù)出現(xiàn)裂縫等都宏觀表現(xiàn)均不易被肉眼所發(fā)現(xiàn)。關(guān)鍵塊體控制的塌方位置，圍巖條件通常認(rèn)為較好，在設(shè)計(jì)與施工上往往造成初期支護(hù)人為弱化，從而在一定程度上也造成安全意識(shí)的減弱。

關(guān)鍵塊體塌方發(fā)生在圍巖條件為巖石處，且為硬巖，巖體節(jié)理裂隙不發(fā)育或發(fā)育一般，存在大的結(jié)構(gòu)面，延伸廣，空間相互切割成大塊狀，其中的關(guān)鍵塊體一旦掉塊形成連鎖反應(yīng)，造成塌方。關(guān)鍵塊體主要呈倒三角體、五面體、懸臂板等，具有一定體積，呈中～大塊狀，若在施工過(guò)程中能快速識(shí)別關(guān)鍵塊體，并采取正確支護(hù)措施，控制了該關(guān)鍵塊體的破壞，關(guān)鍵塊體控制的塌方就不會(huì)發(fā)生。

對(duì)監(jiān)控量測(cè)來(lái)說(shuō)，由于關(guān)鍵塊體的塌方發(fā)生在圍巖條件較好地段，為局部性塌方，在塌方前，拱頂下沉或水平收斂異常變化在較短時(shí)間內(nèi)完成，對(duì)此種形式的塌方，測(cè)點(diǎn)的布置很難恰好布置在塌方位置，且監(jiān)測(cè)工作不可能24小時(shí)進(jìn)行，因此，不可能通過(guò)監(jiān)控量測(cè)的異常的周邊變位監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)預(yù)警關(guān)鍵塊體控制的塌方。

3.工程散體控制塌方

工程散體控制塌方具有四大特征：① 快速性：從塌方開(kāi)始直至地表形成陷穴的時(shí)間一般不會(huì)超過(guò)1小時(shí)，塌方完成時(shí)間與隧道埋深存在一定關(guān)系;② 突發(fā)性：塌方發(fā)生前一般不會(huì)有預(yù)兆，掌子面開(kāi)挖后的空間一旦形成塌方就會(huì)發(fā)生;③ 深埋性：散體塌方不僅常發(fā)生在隧道洞口段，也常發(fā)生埋深超過(guò)30m的深埋段，如汝郴高速破石界Ⅰ號(hào)隧道，塌方處隧道埋深達(dá)40m;④ 空間狹小性：在開(kāi)挖進(jìn)尺不超過(guò)50cm、超前小導(dǎo)管間距不超過(guò)50cm工法下，也會(huì)發(fā)生散體塌方，如汝郴高速黃毛嶺隧道左線出口炭質(zhì)頁(yè)巖塌方，郴寧高速羊角腦隧道散體（砂）塌方。

在隧道工程中，并不是所有位置都會(huì)出現(xiàn)工程散體，在隧道洞門附近、斷層破碎帶內(nèi)及堆積體段易形成工程散體，工程散體包括有各種位于斷層破碎帶內(nèi)小巖塊、炭質(zhì)頁(yè)巖、砂土及堆積（非坡積）土夾石等。

工程散體控制的塌方，在工程散體圍巖條件下及初期支護(hù)施作好的斷面的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，拱頂下沉和水平收斂累計(jì)值通常較小，遠(yuǎn)小于規(guī)范允許值，由于監(jiān)控量測(cè)工作不可能24小時(shí)進(jìn)行，測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)具有滯后性，監(jiān)控量測(cè)只能對(duì)支護(hù)好的斷面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因此，對(duì)于極短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的工程散體控制的塌方，不可能通過(guò)監(jiān)控量測(cè)的周邊變位異常結(jié)果來(lái)預(yù)警。

4.復(fù)合型塌方

復(fù)合型塌方指上述三種塌方形式的組合，常見(jiàn)的形式為關(guān)鍵塊體控制的塌方與其余兩種塌方形式的組合，這種復(fù)合型塌方最重要特征就是具有迷惑性。復(fù)合型塌方常由于掌子面及圍巖條件較好，為完整性較好的巖石，因而忽視了超前支護(hù)措施的落實(shí)，然而，拱部巖層往往僅是一薄層，作為保護(hù)層，在節(jié)理裂隙影響下可發(fā)生關(guān)鍵塊體塌方，隨即出現(xiàn)其余兩種形式的塌方。當(dāng)關(guān)鍵塊體上覆巖層為散體時(shí)，關(guān)鍵塊體的破壞具有突發(fā)性，散體塌方具有突發(fā)性，這種復(fù)合型塌方具有突發(fā)性，如汝郴高速破石界Ⅰ號(hào)隧道塌方;當(dāng)關(guān)鍵塊體上覆巖層為軟土?xí)r，此種復(fù)合型塌方特點(diǎn)取決于軟土塌方特征，如郴寧高速羊角腦隧道淺埋段塌方。

對(duì)監(jiān)控量測(cè)來(lái)說(shuō)，對(duì)上述兩種復(fù)合型塌方段在已施作初期支護(hù)條件下的監(jiān)控量測(cè)結(jié)果表明：監(jiān)測(cè)斷面的拱頂下沉和水平收斂值均較小，不會(huì)出現(xiàn)異常變化，而未施作初期支護(hù)掌子面附近，監(jiān)控量測(cè)測(cè)點(diǎn)又無(wú)法埋設(shè)，因此，監(jiān)控量測(cè)很難對(duì)上述兩種復(fù)合型塌方從周邊變位角度提出預(yù)警。

總結(jié)

綜上所述：隧道監(jiān)控量測(cè)工作從洞內(nèi)周邊變位角度僅能對(duì)軟土大變形引起的塌方起到很好的預(yù)警作用，而對(duì)其余3種塌方類型，從周邊變位角度，監(jiān)控量測(cè)工作不可能發(fā)揮預(yù)警作用，但可以在正確識(shí)別圍巖地質(zhì)體特征基礎(chǔ)上，利用經(jīng)驗(yàn)，分析出可能的塌方形式，提出預(yù)警，這樣，隧道監(jiān)控量測(cè)工作就可以充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用了，就不怕隧道塌方后的問(wèn)責(zé)了。

參考文獻(xiàn)：

1、《公路隧道施工》-王東杰-中國(guó)電力出版社出版圖書-2010。

2、Q/CR 9218—2015《 鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程》。

3、基于監(jiān)控量測(cè)的山嶺隧道塌方大變形預(yù)警研究-高文工-《公路》-2015

作者簡(jiǎn)介：

趙海斌（1987年8月-），男，江蘇南通人，中級(jí)工程師，本科學(xué)歷，主要研究道路與橋梁、隧道施工技術(shù)。

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